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介观尺度下活性炭微粒的光镊捕捉、点火和扩散燃烧特性研究

黄雪峰 李盛姬 周东辉 赵冠军 王关晴 徐江荣

介观尺度下活性炭微粒的光镊捕捉、点火和扩散燃烧特性研究

黄雪峰, 李盛姬, 周东辉, 赵冠军, 王关晴, 徐江荣
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  • 为探索介观尺度下固体燃料微粒的燃烧现象,本文提出采用光镊工具对活性炭微粒进行捕捉、悬浮、定位,再通过激光点燃,研究其着火及扩散燃烧特性. 介观尺度燃烧室中,光镊捕捉7.0 m活性炭微粒的最低捕捉功率为3.2 mW,捕捉速率范围为103.770.0 m/s;活性炭微粒在静止气流中的最低点火功率为3.2 mW,颗粒的等效粒径、周长、面积和圆形度对最低点火功率影响甚微,点火延迟时间约48 ms,提高点火功率,点火延迟时间缩短,最小点火延迟时间小于6 ms;活性炭在着火后先发生无焰燃烧,紧接着发生有焰燃烧,无焰燃烧的扩散燃烧速率满足粒径平方直线规律,其燃烧速率范围为15.08.0 m/s;有焰燃烧的火焰面积和强度随燃烧时间发生闪烁,其闪烁频率约29.1 Hz. 对于粒径为3.0 m的活性炭微粒,从加热到完全燃烧殆尽所需时间约0.648 s. 结果表明:对于聚焦后的高能激光束点燃活性炭微粒的着火属于联合着火模式,在挥发份析出之前,活性炭非均相着火而发生无焰燃烧,挥发份析出后被点燃发生均相着火,火焰面始终保持圆形.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:51276053,51006029)、浙江省自然科学基金 (资助号:LY14E060002)和浙江省中青年学科带头人学术攀登项目(批准号:pd2013158)资助的课题.
    [1]

    Epstein A H, Senturia S D, Anathasuresh G 1997 International Conference on Solid State Sensors and Actuators Chicago, June 16-19, 1999 p753

    [2]
    [3]

    Mehra A, Ay'on A A, Waitz I A 1999 J Microelectromech. S. 8 152

    [4]
    [5]

    Williams A 1973 Combust. Flame 2 1

    [6]

    Cen K F 2002 Advanced Combustion (Hangzhou: Zhejiang University Press) p241 (in Chinese)[岑可法 2002 高等燃烧学 (杭州: 浙江大学出版社) 第241页]

    [7]
    [8]
    [9]

    Maswadeh W, Arnold N S, McClennen W H 1993 Energy Fuels 7 1006

    [10]

    Qu M C, lshigaki M, Tokuda M 1996 Fuel 75 1155

    [11]
    [12]
    [13]

    Wong B A, Gavalas G R, Flaganf R C 1995 Energy Fuels 9 484

    [14]

    Granier J J, Pantoya M L 2004 Combust. Flame 138 373

    [15]
    [16]

    Poinsot T, Candel S, Trouv 1995 Prog. Energy Combust. Sci. 21 531

    [17]
    [18]
    [19]

    Ashkin A 1970 Phys. Rev. Lett. 2 4

    [20]

    Ashkin A, Dziedzic J M 1975 Science 187 4181

    [21]
    [22]
    [23]

    Ashkin A, Dziedzic J M 1997 App. Phys. Lett. 30 202

    [24]

    Ashkin A, Dziedzic J M 1977 Phys. Rev. Lett. 38 23

    [25]
    [26]

    Ashkin A, Dziedzic J M 1985 Phys. Rev. Lett. 54 1245

    [27]
    [28]

    Ashkin A, Dziedzic J M, Bjorkholm J E 1986 Opt. Lett. 11 5

    [29]
    [30]

    Abbondanzieri E A, Greenleaf W J, Shaevitz J W 2005 Nature 438 460

    [31]
    [32]
    [33]

    Dumont S, Cheng W, Serebrov V 2006 Nature 439 105

    [34]

    Chiou P Y, Ohta A T, Wu M C 2005 Nature 436 370

    [35]
    [36]

    Utkur M, Jan S, Winston T 2008 Lab. Chip. 8 12

    [37]
    [38]

    Chu S 1998 Rev. Mod. Phys. 70 3

    [39]
    [40]
    [41]

    Burnham D R, McGloin D 2006 Opt. Exp. 14 9

    [42]

    Leonardo R D, Leach J, Mushfique H 2006 Phys. Rev. Lett. 96 134502

    [43]
    [44]
    [45]

    McGloin D 2006 Phil. Trans. R. Soc. A 364 3521

    [46]
    [47]

    Gauthier R C, Wallace S 1995 J. Opt. Soc. Am. B 12 9

    [48]

    Kim J S, Lee S S 1983 J. Opt. Soc. Am. 7 3

    [49]
    [50]
    [51]

    Chang S, Lee S S 1985 J. Opt. Soc. Am. B 2 11

    [52]
    [53]

    Barton J P, Alexander D R, Schaub S A 1989 J. App. Phys. 66 4594

    [54]
    [55]

    Essenhigh R H, Misra M K, Shaw D W 1989 Combust. Flame 77 3

  • [1]

    Epstein A H, Senturia S D, Anathasuresh G 1997 International Conference on Solid State Sensors and Actuators Chicago, June 16-19, 1999 p753

    [2]
    [3]

    Mehra A, Ay'on A A, Waitz I A 1999 J Microelectromech. S. 8 152

    [4]
    [5]

    Williams A 1973 Combust. Flame 2 1

    [6]

    Cen K F 2002 Advanced Combustion (Hangzhou: Zhejiang University Press) p241 (in Chinese)[岑可法 2002 高等燃烧学 (杭州: 浙江大学出版社) 第241页]

    [7]
    [8]
    [9]

    Maswadeh W, Arnold N S, McClennen W H 1993 Energy Fuels 7 1006

    [10]

    Qu M C, lshigaki M, Tokuda M 1996 Fuel 75 1155

    [11]
    [12]
    [13]

    Wong B A, Gavalas G R, Flaganf R C 1995 Energy Fuels 9 484

    [14]

    Granier J J, Pantoya M L 2004 Combust. Flame 138 373

    [15]
    [16]

    Poinsot T, Candel S, Trouv 1995 Prog. Energy Combust. Sci. 21 531

    [17]
    [18]
    [19]

    Ashkin A 1970 Phys. Rev. Lett. 2 4

    [20]

    Ashkin A, Dziedzic J M 1975 Science 187 4181

    [21]
    [22]
    [23]

    Ashkin A, Dziedzic J M 1997 App. Phys. Lett. 30 202

    [24]

    Ashkin A, Dziedzic J M 1977 Phys. Rev. Lett. 38 23

    [25]
    [26]

    Ashkin A, Dziedzic J M 1985 Phys. Rev. Lett. 54 1245

    [27]
    [28]

    Ashkin A, Dziedzic J M, Bjorkholm J E 1986 Opt. Lett. 11 5

    [29]
    [30]

    Abbondanzieri E A, Greenleaf W J, Shaevitz J W 2005 Nature 438 460

    [31]
    [32]
    [33]

    Dumont S, Cheng W, Serebrov V 2006 Nature 439 105

    [34]

    Chiou P Y, Ohta A T, Wu M C 2005 Nature 436 370

    [35]
    [36]

    Utkur M, Jan S, Winston T 2008 Lab. Chip. 8 12

    [37]
    [38]

    Chu S 1998 Rev. Mod. Phys. 70 3

    [39]
    [40]
    [41]

    Burnham D R, McGloin D 2006 Opt. Exp. 14 9

    [42]

    Leonardo R D, Leach J, Mushfique H 2006 Phys. Rev. Lett. 96 134502

    [43]
    [44]
    [45]

    McGloin D 2006 Phil. Trans. R. Soc. A 364 3521

    [46]
    [47]

    Gauthier R C, Wallace S 1995 J. Opt. Soc. Am. B 12 9

    [48]

    Kim J S, Lee S S 1983 J. Opt. Soc. Am. 7 3

    [49]
    [50]
    [51]

    Chang S, Lee S S 1985 J. Opt. Soc. Am. B 2 11

    [52]
    [53]

    Barton J P, Alexander D R, Schaub S A 1989 J. App. Phys. 66 4594

    [54]
    [55]

    Essenhigh R H, Misra M K, Shaw D W 1989 Combust. Flame 77 3

  • [1] 伍小平, 胡耿军, 李静, 龙潜, 陶陶, 张恭轩. 时域有限差分法数值仿真单光镊中微球受到的光阱力. 物理学报, 2011, 60(3): 030301. doi: 10.7498/aps.60.030301
    [2] 杨 浩, 冯国英, 张大勇, 周寿桓, 朱启华. 聚焦光场俘获微球的FDTD分析. 物理学报, 2008, 57(9): 5506-5512. doi: 10.7498/aps.57.5506
    [3] 蒋城露, 王昂, 赵锋, 尚海林, 张明建, 刘福生, 刘其军. 基于三维离散元方法探究奥克托今颗粒落锤撞击点火机理. 物理学报, 2019, 68(22): 228301. doi: 10.7498/aps.68.20190993
    [4] 任洪亮, 丁攀峰, 李小燕. 光镊轴向阱位操控及器件安装误差对径向阱位操控的影响. 物理学报, 2012, 61(21): 210701. doi: 10.7498/aps.61.210701
    [5] 任洪亮. 有限远共轭显微镜光镊设计和误差分析. 物理学报, 2013, 62(10): 100701. doi: 10.7498/aps.62.100701
    [6] 周丹丹, 任煜轩, 刘伟伟, 龚雷, 李银妹. 时间飞行法测量光阱刚度的实验研究 . 物理学报, 2012, 61(22): 228702. doi: 10.7498/aps.61.228702
    [7] 王玥, 梁言生, 严绍辉, 曹志良, 蔡亚楠, 张艳, 姚保利, 雷铭. 轴向多光阱微粒捕获与实时直接观测技术. 物理学报, 2018, 67(13): 138701. doi: 10.7498/aps.67.20180460
    [8] 降雨强, 郭红莲, 刘春香, 李兆霖, 程丙英, 张道中, 贾锁堂. 低频响及低采样频率下用布朗运动分析法测量光阱刚度. 物理学报, 2004, 53(6): 1721-1726. doi: 10.7498/aps.53.1721
    [9] 炎正馨. 激波诱导下纳米铝粉与微米铝粉的爆炸特征对比研究. 物理学报, 2011, 60(7): 076202. doi: 10.7498/aps.60.076202
    [10] 詹其文, 张艳丽, 赵逸琼, 李永平. 高数值孔径聚焦三维光链的研究. 物理学报, 2006, 55(3): 1253-1258. doi: 10.7498/aps.55.1253
    [11] 刘春香, 郭红莲, 李兆霖, 降雨强, 张道中, 徐春华, 袁 明. 荧光标记微管的光敏断裂及机理. 物理学报, 2006, 55(1): 206-210. doi: 10.7498/aps.55.206
    [12] 韩一平, 杜云刚, 张华永. 高斯波束对双层粒子的辐射俘获力. 物理学报, 2006, 55(9): 4557-4562. doi: 10.7498/aps.55.4557
    [13] 曾夏辉, 吴逢铁, 刘 岚. 干涉理论对bottle beam的描述. 物理学报, 2007, 56(2): 791-797. doi: 10.7498/aps.56.791
    [14] 韩国霞, 韩一平. 激光对含偏心核球形粒子的辐射俘获力. 物理学报, 2009, 58(9): 6167-6173. doi: 10.7498/aps.58.6167
    [15] 张志刚, 刘丰瑞, 张青川, 程腾, 伍小平. 空间散斑场捕获大量吸光性颗粒及其红外显微观测. 物理学报, 2014, 63(2): 028701. doi: 10.7498/aps.63.028701
    [16] 钱辉, 陈虎, 严洁. 软物质实验方法前沿:单分子操控技术. 物理学报, 2016, 65(18): 188706. doi: 10.7498/aps.65.188706
    [17] 张志刚, 刘丰瑞, 张青川, 程腾, 高杰, 伍小平. 红外显微观测被俘获吸光性颗粒. 物理学报, 2013, 62(20): 208702. doi: 10.7498/aps.62.208702
    [18] 赵英奎, 欧阳碧耀, 文武, 王敏. 惯性约束聚变中氘氚燃料整体点火与燃烧条件研究. 物理学报, 2015, 64(4): 045205. doi: 10.7498/aps.64.045205
    [19] 弭光宝, 黄旭, 曹京霞, 王宝, 曹春晓. 摩擦点火Ti-V-Cr阻燃钛合金燃烧产物的组织特征. 物理学报, 2016, 65(5): 056103. doi: 10.7498/aps.65.056103
    [20] 田超, 单连强, 周维民, 高喆, 谷渝秋, 张保汉. 针对神光Ⅱ升级装置的直接驱动快点火集成实验靶的初步设计. 物理学报, 2014, 63(12): 125205. doi: 10.7498/aps.63.125205
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-04-26
  • 修回日期:  2014-05-28
  • 刊出日期:  2014-09-05

介观尺度下活性炭微粒的光镊捕捉、点火和扩散燃烧特性研究

  • 1. 杭州电子科技大学理学院, 杭州 310018;
  • 2. 杭州电子科技大学材料与环境工程学院, 杭州 310018
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:51276053,51006029)、浙江省自然科学基金 (资助号:LY14E060002)和浙江省中青年学科带头人学术攀登项目(批准号:pd2013158)资助的课题.

摘要: 为探索介观尺度下固体燃料微粒的燃烧现象,本文提出采用光镊工具对活性炭微粒进行捕捉、悬浮、定位,再通过激光点燃,研究其着火及扩散燃烧特性. 介观尺度燃烧室中,光镊捕捉7.0 m活性炭微粒的最低捕捉功率为3.2 mW,捕捉速率范围为103.770.0 m/s;活性炭微粒在静止气流中的最低点火功率为3.2 mW,颗粒的等效粒径、周长、面积和圆形度对最低点火功率影响甚微,点火延迟时间约48 ms,提高点火功率,点火延迟时间缩短,最小点火延迟时间小于6 ms;活性炭在着火后先发生无焰燃烧,紧接着发生有焰燃烧,无焰燃烧的扩散燃烧速率满足粒径平方直线规律,其燃烧速率范围为15.08.0 m/s;有焰燃烧的火焰面积和强度随燃烧时间发生闪烁,其闪烁频率约29.1 Hz. 对于粒径为3.0 m的活性炭微粒,从加热到完全燃烧殆尽所需时间约0.648 s. 结果表明:对于聚焦后的高能激光束点燃活性炭微粒的着火属于联合着火模式,在挥发份析出之前,活性炭非均相着火而发生无焰燃烧,挥发份析出后被点燃发生均相着火,火焰面始终保持圆形.

English Abstract

参考文献 (55)

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